304不锈钢与42CrMo钢惯性摩擦焊工艺

研究了304不锈钢与42CrMo钢惯性摩擦焊接工艺,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和性能测试等方法对接头组织性能进行了分析。结果表明:接头飞边尺寸与热输入有关,42CrMo侧飞边大;近缝区Cr元素出现"峰值",焊缝界面处C元素和Fe元素增加;42CrMo侧未见明显脱碳层,其组织从焊缝到母材主要有贝氏体、马氏体、铁素体和索氏体,热输入影响马氏体的形态;304不锈钢侧晶粒细化,有碳化物生成,大热输入时生成σ相;硬度最高值在42CrMo侧焊缝,增大热输入,304不锈钢焊缝硬度增加,42CrMo侧降低;拉伸强度最大为687.55MPa,均断在304不锈钢母材上,是以韧窝为主的韧性断裂。     

YG20/45钢激光熔钎焊焊缝界面显微组织与元素扩散研究

针对YG20/45钢异种金属焊接时，存在焊缝接头脆性高及焊缝连接性能差等缺点，课题组提出以Cu/Invar/Ni复合层为中间层进行激光熔钎焊焊接，研究焊缝区域微观组织、化学成分及元素扩散规律。试验结果表明：母材硬质合金中的WC晶粒棱角在焊接试验中会溶解，部分晶粒聚集但不长大，从而降低了焊接接头的脆性；在焊缝过渡区Invar合金和硬质合金中的元素发生扩散反应，其中Invar合金中的Fe和Ni元素补充硬质合金流失的Co元素，形成粘结相，提高了焊接母材的连接性；硬质合金和45钢之间加Cu/ Invar/Ni复合层，激光钎焊接头宏观形貌都较好，在母材厚为4 mm时，试验采用激光功率为1 700 W，激光扫描速度为0.1 m/s，离焦量-3 mm时可以获得冶金性良好的焊接接头。     

爆炸焊接不锈钢/铝复合板界面形态研究

采用爆炸焊接法和ANSYS/AUTODYN有限元程序对双层不锈钢/铝板的复合制备开展了实验和数值研究,在此基础上,采用体视显微镜和金相显微镜进一步观察了复合板的界面结合形态并分析其形成机理。研究结果表明:爆炸焊接法可有效地制备双层不锈钢/铝复合板;不锈钢与铝板间形成规律的波状结合界面,且界面结合质量良好;结合界面处的显微硬度明显提高,有利于复合板防护性能的提高。     

000Cr30Mo2钢焊后耐碱蚀性能研究

本文研究了高纯度000Cr30Mo2钢的钨极氩弧焊工艺和氩气延续保护方法。测试焊接接头的机械性能来试验其在内蒙古天然碱苛化烧碱液中的耐蚀性能。用光镜和电镜观察焊接接头区的金相组织,断口形貌特征和断裂性质,分析腐蚀试样的腐蚀形态及化学成分变化,鉴定了钝化膜形貌和结构。结果表明:用钨极氩弧焊和氩气延续保护的焊接方法,焊接接头可以获得较满意的焊缝质量和机械性能,在天然碱苛化烧碱液中有较好的耐腐蚀性能。     

N80 钢/SiO2 基涂层/油井水泥石的界面特征研究

为了提高固井一界面的胶结强度,采用热化学反应法在N80 钢制套管钢基体上制备SiO2 基陶瓷涂层作为套管和水泥石之间的过渡层。通过X 射线衍射结构分析、扫描电子显微镜和体视显微镜形貌观察以及划痕仪涂层结合力测试,研究了N80 钢/SiO2 基涂层/油井水泥石的界面微观结构特征和结合行为。结果表明,陶瓷涂层内部和陶瓷涂层/水泥石界面分别产生了新相MgAl2O4 和Ca54MgAl2Si16O90;陶瓷涂层与钢基体结合力的临界载荷在40 N 左右,陶瓷涂层的制备起到了提高套管与水泥石结合强度的作用。     

40 mm厚铁素体不锈钢与16Mn钢异种电子束焊接接头显微组织结构研究

为了探究异种钢焊接接头的强度和使用性能，课题组对焊接接头不同位置处的显微组织结构进行研究。首先，电子束焊接将06Cr13Al铁素体不锈钢（FSS）对接连接到16Mn低合金钢厚板上；通过工艺优化，在电子束偏移向16Mn钢1.5 mm时获得成型良好的焊接接头；采用光学显微镜、X射线衍射仪和扫描电子显微镜研究异种焊接接头不同位置处的显微组织，并测试异种接头硬度。结果表明：焊缝主要由粗大的柱状晶和中心轴向晶粒组成，显微组织由板条马氏体组成；16Mn钢的热影响区（HAZ）显微组织为羽毛状的上贝氏体和针状铁素体，铁素体不锈钢热影响区主要以粗大的铁素体和马氏体组成；焊缝区的显微硬度明显高于母材，焊缝不同厚度处的显微硬度没有明显的差异。焊接接头成型良好，未观察到缺陷。     

纳米镍颗粒对无铅焊料低温钎焊性能的影响

采用SAC0307无铅焊料实现了Cu/Cu的低温互连,研究了纳米镍颗粒作用下SAC0307焊料接头的显微组织和力学性能。结果表明:SAC0307焊料接头界面IMC呈扇贝状,随着钎焊温度升高生长明显,240℃时焊料接头界面IMC厚度较210℃提高了22.59%;复合焊料接头界面IMC呈锯齿状、平整,界面IMC随温度升高厚度变化不显著;温度从210℃升高到240℃,焊料接头强度从24.03 MPa降低到18.10 MPa,再到17.54 MPa,最后又升高到25.54MPa,降幅最高达27.01%;复合焊料接头强度从32.48 MPa降低到27.32 MPa,再升高到28.65MPa,最后又降到26.54 MPa,降幅最高达18.29%;添加纳米Ni颗粒后,从210℃升高到240℃,焊料接头强度依次提高了35.16%、50.94%、63.34%和3.92%;220~230℃时焊料焊缝呈现脆断特征,210℃时焊缝内出现大小不一的韧窝;210~230℃时复合焊料焊缝中气孔等缺陷较少,焊缝密实,断口均为明显的韧性断裂,接头力学性能较未添加颗粒时得到明显提升。     

机械振动对激光填丝焊接接头组织和疲劳性能影响

针对激光填丝焊接过程中存在气孔、飞溅、夹渣和疲劳性能差等缺点，课题组提出了基于机械振动技术的激光填丝焊接方法。课题组采用机械振动与激光填丝焊接相耦合的方法研究了机械振动对焊缝形貌、组织、力学性能和断裂机理的影响。结果表明：机械振动可以改善316不锈钢焊接接头，减少焊缝中的柱状晶，增加树枝晶和等轴晶，提高了焊缝硬度；3种振动频率下焊接接头的残余应力均较高，与振动频率0和524 Hz相比，1 055 Hz振动频率的焊缝残余应力更低；疲劳断口均呈解理断裂，但是与524 Hz振动频率相比，1 055 Hz振动频率具有更低的裂纹扩展率，更好的疲劳性能。     

钢 铝搅拌摩擦焊接头的孔洞参数化建模和仿真

为探究钢 铝搅拌摩擦焊（friction stir welding，FSW）接头中不同特征的孔洞缺陷对应力分布的具体影响，课题组利用CATIA二次开发程序对孔洞缺陷开展仿真研究。首先，根据钢 铝焊接接头的特点对孔洞和基体进行简化，为量化分析提供基础；然后，编写CATIA二次开发程序对孔洞进行参数化建模，同时建立基体模型，并对孔洞和基体模型进行布尔操作生成接头模型；最后，利用ABAQUS软件对接头模型进行仿真分析，得到孔洞不同特征变量对钢 铝FSW接头的影响。结果表明：孔洞的参数化建模可以很好地提高建模效率；空间角度α和β对应力分布的影响较大，而空间角度γ对应力分布的影响较小；在空间角度相同时，表面孔洞的应力集中系数大于内部孔洞的应力集中系数，表面孔洞的危险程度更大；且应力集中程度最高的位置位于钢 铝交接处。参数化建模和仿真方法为孔洞危险程度的评估提供了一定参考。     

H13钢激光仿生耦合处理及耐磨性研究

研究了经激光仿生耦合处理的H13钢在常温下抗磨损性能以及磨损机理,并分析不同形貌(线状、网状)对其抗磨损性能的影响。利用Nd∶YAG激光器赋予H13钢试样表面一定仿生形貌,采用HVS-1000显微硬度计、HSR-2M型高速往复摩擦实验机进行仿生单元体横截面硬度测定和试样表面磨损试验,并得出磨损质量;通过金相显微镜、SEM分别对试样横截面以及表面磨痕的微观形貌进行观察并研究磨损机理。激光仿生处理后的H13钢,其耐磨性得到显著提高。与基体相比,经激光网格仿生处理的H13钢耐磨性提高约20倍,线状仿生试样提高约13倍。激光仿生单元体能够改变试样整体的磨损机理,使基体的磨料磨损逐渐转变为粘着磨损。     

激光熔覆H13-TiC复合涂层的力学性能测试与数值模拟

为提高热作模具钢的使用性能和寿命,利用激光熔覆技术在H13钢表面制备了H13-TiC复合涂层,研究了不同TiC含量下H13-TiC复合涂层的力学性能,并分析了各试样拉伸后的断口形貌。结果表明：激光熔覆后熔覆层硬度、强度都明显高于基体硬度、强度,这是熔覆层中弥散和细晶强化共同作用的结果;熔覆层的断裂机制是脆性断裂和塑性断裂的混合型。最后,基于Mori-Tanaka平均场理论,分析了颗粒增强H13-TiC复合涂层的弹塑性性能,理论预测与实验结果基本吻合。     

三明治铝合金结构激光焊接工艺研究

针对激光焊接6082三明治铝合金结构,系统地研究了T型接头组织特征及力学性能。实验结果表明:从焊缝中心区,到热影响区,最终到达母材硬度逐渐升高,焊缝中心硬度最小;不同实验条件下,焊缝到母材过程中组织变化显著,且存在各种不同的缺陷。     

热处理工艺对铝基复合材料组织与性能的影响

为了提高铝基复合材料的稳定力学性能,避免发生失效,课题组通过粉末冶金法和搅拌铸造法分别制备了6061Al合金和碳化硼（B4C）质量分数为10%的B4C/6061Al铝基复合材料,然后通过T6工艺对其进行热处理(535 ℃保温5 h后温水淬,165 ℃时效4.5 h)。采用扫描电子显微镜(SEM)观察2种材料的微观组织形态,并运用万能拉伸试验机测试其力学性能。研究结果表明：热处理后的6061Al合金的屈服强度和拉伸强度分别为204和210 MPa;而经过热处理的B4C/6061Al复合材料的屈服强度和拉伸强度分别为221和246 MPa,相对于热处理前的屈服强度和拉伸强度分别提高了66%和62%,但热处理对2种材料的延伸率影响不明显。热处理后的复合材料断裂形态显示出6061Al合金的延性断裂,基体与碳化硼颗粒之间存在界面脱粘以及颗粒产生的断裂现象。     

Nicalon/Sic复合材料高温蠕变后的显微特征

本研究利用电子探针和扫描电子显微镜(SEM)对高温蠕变Nicalon/Sic复合材料进行了纤维/基体介面的成份和断口形貌分析。分析表明,Nicalon/Sic复合材料的蠕变断裂是一个复杂的、非突发性的脆性断裂过程。同时本文采用挤压法半定量地测定了纤维—基体结合键强度,从而揭示了FCVI纤维涂层提高材料断裂韧性的纤维拨出机理。     

内蒙古天然碱成分对三种钢材焊接接头腐蚀的影响

结合生产实际,模拟不同浓度的天然碱苛化液,进行不同温度,不同时间的静态,动态腐蚀试验,以考查天然碱成分对钢材焊接接头腐蚀的影响规律,利用透射电镜观察分析焊接接头表面的腐蚀形貌及产物,以揭示其腐蚀机理。     

钢齿牙轮钻头齿面强化复合堆焊实验研究

运用自制的包含金属化的金刚石和硬质合金复合堆焊焊条，以O₂-C₂H₂焰为焊接热源进行堆焊，制备了含有金刚石的复合堆焊层。采用X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜、材料性能实验机、动载磨料磨损实验机等实验手段和方法进行了金刚石表面和复合堆焊层形貌分析，堆焊层与基体的结合强度及堆焊层在动载荷条件下耐磨损性能的测试。研究表明：金刚石经过金属化处理后表面具有一定的金属性和浸润性，通过一定堆焊工艺在钢齿牙轮钻头齿面形成了组织致密均匀、硬质点与基体熔合良好的强化层，其抗剪强度达到了625MPa，磨损量减少了10％～70％，延长了钻头的使用寿命。     

大热输入焊接接头组织性能研究

通过研究开发了一种新型药芯焊丝,配合不同母材进行276kJ/cm大线能量焊接实验,探讨了大线能量焊接条件下不同母材焊接接头的组织性能。结果表明:在大热输入焊接条件下,采用氧化物技术的大线能量用钢HAZ由于大量夹杂物的存在,抑制了奥氏体晶粒粗大,并在奥氏体晶粒内部形成了大量AF可抑制裂纹的扩展;Q235钢板形成粗大的奥氏体晶粒,并在奥氏体晶界处出现板条状的魏氏组织,严重影响了HAZ的冲击韧性;大线能量焊接用钢的熔合线部位的冲击韧性优于Q235焊接熔合线性能;母材对焊缝熔敷金属组织性能没有影响。     

铁路车体用09CuPCrNi双相耐候钢可焊性研究

研究了09CuPCrNi钢经热处理双相化形成的双相耐候钢的组织与性能，并对双相耐候钢进行CO2气体保护焊，以研究其焊接性能，结果表明，拉伸时焊接接头的断裂发生在热影响区的淬火马氏体回火区，断裂强度比母材降低了12．6％，但仍比热轧态的提高了14．1％，达到节约钢著，减轻重量的目的。     

原子吸收法快速测定铝合金中的微量元素

介绍了火焰原子吸收法同时测定铝合金中低含量的铁、镁、锌、锰、铜等元素的方法,利用模拟标准溶液作工作曲线,将一定含量的铁、镁、锌、锰、铜标准样品溶液同时加入到铝为基体的溶液中,制成一系列标准溶液.由于基体铝对共存元素产生不同程度的干扰,可加入氟化物掩蔽铝.通过干扰试验,以及与比色分析结果相比较,证明该法准确可靠,测定快速,基体干扰小,标准回收率为95%~105%.     

铜/钢电子束自熔焊与间隙填丝焊焊缝成形研究

由于电子束自熔焊焊接过程中焊接接头间隙适应性效果差,在焊透的情况下极易产生焊缝表面下塌等缺陷,影响焊缝的成形质量和接头力学性能。课题组采用电子束间隙填丝焊焊接方法,分别以QCr0.8和304不锈钢为母材,紫铜焊丝作为填充材料,开展了电子束自熔焊和间隙填丝焊两种焊接试验。对比两种焊接方法下的焊缝成形质量,重点揭示了电子束间隙填丝焊接头成形特点。结果表明：电子束自熔焊存在明显的焊缝表面下塌缺陷,而电子束间隙填丝焊对接头间隙适应性效果非常好,可获得成形质量良好的焊缝;可以极大地改善焊缝表面下塌缺陷。在试验参数范围内,当间隙值为1.2 mm时,电子束间隙填丝焊焊缝表面下塌量仅有0.1 mm,对应的接头最高抗拉强度为240 MPa,全面优于铜/钢电子束自熔焊接头。